CN106773650A - 锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法，实施步骤：(1)采用电热聚酰亚胺加热膜和电池组保温层，以及内温监控BMS组成配置；(2)当电池组内温降至到0℃以下，电池组BMS开启加热回路，此时电池组可被允许加热，充放电回路关断；当操作人员开启加热命令以后，加热膜会在外部电源的作用下开启加热，随后电池组内部温度会线性增加，15分钟后电池组内部温度到达10℃左右，此时BMS即自动开启恒温模式；(3)采用PID算法，通过比例、微分、积分运算调节；(4)为保证升温速度，在电池组外部包裹保温层。该方法实现了在极端低温条件下对锂离子蓄电池组进行快速加热及保持恒温的目标；其设计合理，易于实施，效果非常显著。

Description

锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法

技术领域

本发明涉及一种锂离子蓄电池组快速加热并保持恒温的方法，特别涉及一种锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法。

背景技术

目前，锂离子蓄电池组已经被广泛用于航空、航天、动力等各个领域，但是锂离子蓄电池组往往存在极端低温条件下性能变差，稳定性变差等缺陷。现今通常对锂离子蓄电池组在极端低温条件下加热的解决方案是用加热膜进行加热，但是主流方案下加热膜又无法快速加热，加热后电池组内部温度波动会大大增加，使得锂离子蓄电池组内部温度的稳定性欠佳，将会严重影响锂离子蓄电池组性能的稳定性和可靠性。

因此，要改变锂离子蓄电池组在极端低温条件下运行不良的现状，提供一种锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法，将是该领域技术人员亟待着手解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种设计合理、操作简便、应用效果显著的锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法。

为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：一种锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法，其特征在于：该方法实施步骤如下：

(1)采用电热聚酰亚胺加热膜和电池组保温层，以及内温监控BMS组成配置；其中电热聚酰亚胺加热膜要保证绝缘电阻大于500MΩ，表面空烧温度小于60℃；

(2)当电池组内温降至到0℃以下，电池组BMS开启加热回路，此时电池组可被允许加热，充放电回路关断；当操作人员开启加热命令以后，加热膜会在外部电源的作用下开启加热，随后电池组内部温度会线性增加，15分钟后电池组内部温度到达10℃左右，此时BMS即自动开启恒温模式；

(3)采用PID算法，通过比例、微分、积分运算调节；调节电池组恒温阶段内部温度，保证恒温阶段内部温度波动控制在10％以内，充放电回路被打开，此时电池组既可充电也可放电；

(4)为保证升温速度，在电池组外部包裹保温层，使电池组加热快速以及提高适用性。

本发明的有益效果是：本发明方法应用可在-40℃条件下，以重量为10kg的锂离子蓄电池组经过15分钟时间即可升温至零上10℃，并且利用PID算法对锂离子蓄电池组温度进行恒温控制，使得锂离子蓄电池组内部温度保持恒温，更加稳定可靠。本发明方法设计合理，易于实施，成本低以及拓展性强，应用效果非常显著，大大提高了锂离子蓄电池组性能的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本发明组成部分示意图；

图2是本发明中温度随时间变化效果曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对依据本发明提供的具体实施方式、特征详述如下：

一种锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法，该方法具体实施步骤如下：

(1)采用电热聚酰亚胺(PI)加热膜和电池组保温层，以及内温监控BMS(电池管理***)组成配置；其中PI加热膜要保证绝缘电阻大于500MΩ，表面空烧温度小于60℃；所述电热聚酰亚胺(PI)加热膜具有功率密度大，功率衰减低的特点；

(2)当电池组内温降至到0℃以下，电池组BMS开启加热回路，此时电池组可被允许加热，充放电回路关断；当操作人员开启加热命令以后，加热膜会在外部电源的作用下开启加热，随后电池组内部温度会线性增加，15分钟后电池组内部温度到达10℃左右，此时BMS即自动开启恒温模式；

(3)采用PID算法，通过比例、微分、积分运算调节；调节电池组恒温阶段内部温度，保证恒温阶段内部温度波动控制在10％以内，充放电回路被打开，此时电池组既可充电也可放电；

(4)为保证升温速度，在电池组外部包裹保温层，使电池组加热快速以及提高适用性。

如图1所示，BMS通过MOS管控制加热膜实现加热，内部则采用PID算法对电池组加热进行调节。

具体实施PID算法如下：

其中：

ΔTemp:调整温度，

TempOffset(t)＝设定温度(t)-TempNow(t)，

TempNow(t):当前测定温度，

K_p:比例参数,K_I：积分参数,K_D：微分参数，

T_W:脉冲宽度,T_S：脉冲周期；

在PID整定过程中采用典型PID参数计算表预设参数(Ziegler-Nichols参数，根据不同***环境下PID参数不尽相同，以下计算举例说明)：

Step1：根据不同类型和功率的加热膜在不同环境温度下会有不同的PWM控制模式，可根据自身的加热膜工况得出公式2(经验公式)，按照此公式配置PWM控制波形，保温曲线会较为平稳；

Step2:调节控制参数直至较为满意，最终三个控制参数如下：

K_p＝0.8,K_I＝0.17,K_D＝0.112，

如实时测定在t时刻，温度偏差为：

Tempoffset(t)＝0.5，

则将数值带入公式1

根据之前的记录数据最终得到输出为：3.26带入公式2，此时PWM占空比应为85％。

伪代码如下：

经过对参数进行调节，***实现了加热以及恒温的控制功能。

如图2所示，X轴为加热时间(标度单位0.5S)，Y轴为测定点温度(标度单位1℃)，其中每一个曲线则代表测定点的实时温度；说明随时间变化加热温度快速，效果非常突出。

本发明的工作原理及特点：

本发明方法在对加热膜结构和控制进行改进后，提出了在15分钟内将10kg左右的电池组从-40℃低温环境加热到10℃左右，并且保持内温10℃恒定的一体化解决方案。

本发明采用PI加热膜(PI加热膜具有功率密度大，功率衰减低的特点)和电池组保温层，以及内温监控BMS组成配置，当电池组内温突降到零下以后，电池组BMS开启加热回路此时电池组可以被允许加热，充放电回路关断，当操作人员开启加热命令以后，加热膜会在外部电源的作用下开启加热，随后电池组内部温度会线性增加，约15分钟后电池组内部温度到达10℃左右，此时BMS会自动开启恒温模式，采用PID算法调节电池组内部温度波动会在10％以内，充放电回路被打开此时电池组可以充电也可以放电。

本发明方法是一种实现-40℃低温环境下对10kg电池组在15分钟快速加热到零上10℃，并且保持电池组内部10℃恒温(±10％)的调节控制方法；并可将10kg电芯于15分钟内升温50℃；可用PID算法***进行恒温保持，且恒温段波动范围在10％之内。

本发明使用PI加热膜，以及PID算法调节，是对锂离子蓄电池组进行快速加热和最终保持恒温的新技术方案；本发明方法具有操作简单，安全性好，实施成本低和拓展性强等特点。

上述参照实施例对锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的；因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法，其特征在于：该方法实施步骤如下：

(1)采用电热聚酰亚胺加热膜和电池组保温层，以及内温监控BMS组成配置；其中电热聚酰亚胺加热膜要保证绝缘电阻大于500MΩ，表面空烧温度小于60℃；

(2)当电池组内温降至到0℃以下，电池组BMS开启加热回路，此时电池组可被允许加热，充放电回路关断；当操作人员开启加热命令以后，加热膜会在外部电源的作用下开启加热，随后电池组内部温度会线性增加，15分钟后电池组内部温度到达10℃左右，此时BMS即自动开启恒温模式；

(3)采用PID算法，通过比例、微分、积分运算调节；调节电池组恒温阶段内部温度，保证恒温阶段内部温度波动控制在10％以内，充放电回路被打开，此时电池组既可充电也可放电；

(4)为保证升温速度，在电池组外部包裹保温层，使电池组加热快速以及提高适用性。

2.根据权利要求1所述锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法，其特征在于：所述采用PID算法是：

公式1：ΔTemp＝K_pTempOffset(t)+K_I∫TempOffset(t)dt+K_DdTemp Now(t)；

公式2：

其中：

ΔTemp:调整温度，

TempOffset(t)＝设定温度(t)-TempNow(t)，

TempNow(t):当前测定温度，

K_p:比例参数,K_I：积分参数,K_D：微分参数，

T_W:脉冲宽度,T_S：脉冲周期；

在PID整定过程中采用典型PID参数计算表预设参数(Ziegler-Nichols参数，根据不同***环境下PID参数不尽相同，以下计算举例说明)：

Step1：根据不同类型和功率的加热膜在不同环境温度下会有不同的PWM控制模式，可根据自身的加热膜工况得出公式2(经验公式)，按照此公式配置PWM控制波形，保温曲线会较为平稳；

Step2：调节控制参数直至较为满意，最终三个控制参数如下：

K_p＝0.8,K_I＝0.17,K_D＝0.112，

如实时测定在t时刻，温度偏差为：

Tempoffset(t)＝0.5，

则将数值带入公式1

$0.5\×0.8+0.17\×(0.5+\underset{0}{\overset{t-1}{\Σ}}Tempoffset(x\left)\right)+0.112\×(0.5-Tempoffset(t-1\left)\right),$

根据之前的记录数据最终得到输出为：3.26，带入公式2，此时PWM占空比应为85％。